IoT im Zusammenhang von Interoperabilität, Echtzeitanwendungen, Architekturen und sozialer Akzeptanz

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Internet der Dinge (IoT)
 / 6. March. 2018

Das IoT ist in aller Munde und das Interesse in der Industrie ist groß. Doch die wenigsten wissen überhaupt was es ist. Was bedeutet IoT und wie unterstützt es uns im täglichen Leben – aber vor allem in der Wirtschaft und Industrie? Ein Einblick zur Interoperabilität, Schwachstellen und sozialer Akzeptanz.

Durch Amazon Alexa, Philipps Hue und weiteren Smart Home Anwendungen bekommt das Internet of Things zum ersten Mal einen verständlichen Usecase. Jedes „Ding“ der Welt kann vernetzt werden und Daten in die digitale Welt senden sowie Befehle empfangen. So können Verbraucher ihre Lampen und Rollläden über Apps steuern. Das Auto wird über einen einzigen Knopfdruck vor dem Einsteigen vorgewärmt. Was im privaten Umfeld bei alltäglichen Dingen einfach nachvollziehbar ist, hält nur langsam Einzug in die deutsche Industrie.

Wie funktioniert das Internet der Dinge?

Das zu vernetzende „Ding“ muss zunächst mit einem Mikroprozessor ausgestattet sein, welcher über eine drahtlose oder kabelgebundene Schnittstelle Daten und Befehle sendet und empfängt. Das Senden und Empfangen der Daten erfolgt über beliebige Kommunikationstechnologien, wie z.B. WLAN, UMTS / LTE, RFID oder Bluetooth.

Ein einfaches Beispiel: Eine Gartenanlage wird mit Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Diese senden über Mikroprozessoren Feuchtigkeitsdaten an einen Server. Von hier werden die Daten an eine App gesendet, sodass der Benutzer stets über den Zustand der Anlage informiert ist. Die Sensoren und Mikroprozessoren sind bisweilen in immer kleineren und günstigeren Formen einfach zu beziehen und zu verbauen. [1]

Dies ist aber nur der erste Teil der Vernetzung. Über die App kann der Benutzer die Bewässerungsanlage steuern. Diese ist gleichermaßen vernetzt. Beide Datenpools werden auf dem Server miteinander verknüpft. Durch Regeln entsteht eine Handlungskette: Sinkt die Feuchtigkeit unter 40% wird automatisch ein Befehl an die Bewässerungsanlage gesendet, welche eine stärkere Bewässerung durchführt.

Diese hier beschriebenen Aktionen fallen unter das klassische IoT. Doch IoT kann mehr – durch äußere Daten, wie z.B. die des Wetterdienstes, können äußere Einflüsse mit einbezogen werden. So kann die Bewässerung automatisch gemäß der Wettervorhersage gesteuert werden – ganz ohne Eingriff des Benutzers. Zeigt ein Feuchtigkeitssensor einen zu geringen Wert an, liegt vermutlich ein Fehler in der Bewässerungsanlage vor. Der Benutzer erhält über das System einen Alert und kann rechtzeitig Fehlerbehebungsmaßnahmen vornehmen oder das System selbst kann diese triggern.

IoT – für wen oder was?

Übertragen auf die industrielle Fertigung findet der Begriff „Smart Factory“ in der sogenannten Industrie 4.0 Gebrauch. Hier geht es darum Maschinen und Anlagen zu verbinden um Daten zu lesen und Steuerungen in Echtzeit und ortsunabhängig durch zu führen.

Produktionsanlagen organisieren sich ohne menschliche Eingriffe indem sie untereinander kommunizieren. Produziert beispielsweise eine Maschine aufgrund von äußeren Einflüssen weniger Stückzahlen, kann automatisch eine andere Maschine an jedem beliebigen Ort der Welt mehr produzieren. Gleichzeitig wird der Zustand der Maschinen permanent überwacht (Condition Monitoring). Durch automatische Analysen können Engpässe oder Unterbrechungen in den Prozessen frühzeitig verhindert werden. So müssen Verschleiss- oder Ersatzteile nicht mehr vorgehalten werden, sondern können vorausschauend bestellt werden (Predictive Maintenance).

Im Bereich der „Smart Energy“ können durch intelligente Systeme Energieauslastungen bedarfsgerechter verteilt werden, sodass der Energiebedarf von Firmen und Städten signifikant reduziert werden kann.

Ein weiterer Anwendungsfall zeigt sich in der vernetzten Großküche. Mithilfe einer Vernetzung können sämtliche Geräte in einer Anwendung vom Küchenleiter ortsunabhängig verwaltet werden. Der Verschleiß von Bestandteilen, wie z.B. Abdichtungen, wird rechtzeitig angezeigt. Messwerte wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit werden nicht nur visuell angezeigt, sondern die zugehörigen Geräte können auch von überall gesteuert werden.

So kann die IoT auf jede beliebige Branche übertragen werden. Überall, wo Maschinen im Einsatz sind oder Daten gelesen werden, zeigen viele Anwendungsfälle, dass IoT Effizienz steigern kann. Ganze manuelle Prozesse werden vereinfacht, indem teure Kommunikation, beispielsweise zwischen Menschen oder durch Eingaben in IT-Systeme wegfallen. Entscheidungen werden jederzeit maschinell getroffen und Überbrückungszeiten bei Fehlern fallen weg.

Akzeptanz-Probleme und Hürden der IoT

Wenn IoT doch eine solche Vielzahl von Anwendungsfällen findet, warum ist die Verbreitung noch so gering? Ein Blick auf die IoT-Verbreitung in Deutschland zeigt: Noch nicht einmal jedes zweite Unternehmen arbeitet mit IoT-Lösungen. [2] Amerika gilt als Vorreiter der IoT-Technologien, fast 50% der IoT-Projekte finden auf amerikanischem Boden statt, nur 30% in Europa. [3]

Ein Problem des IoT sind veraltete Lösungen, die nur eine starre und wenig performante Kommunikation der Systeme über VPN-Verbindungen erlauben. Sind solche oft teuer eingeführten Systeme erst einmal in den Unternehmen angekommen, so sind sie nur schwer wieder zu ersetzen.

Die meisten Entscheider scheuen den Einsatz bisher auf dem Markt vorhandener IoT Lösungen aufgrund der geringen Flexibilität, d.h. aus Sorge vor Eingriffen in die Hardware-Systeme und teuren Umstrukturierungen. Laut einer EY-Studie beklagen fast sechs von zehn Entscheidern (59 Prozent) hohe Investitionskosten. Auch der Mangel an qualifizierten Mitarbeitern kommt hinzu. [4]

Das Kernproblem vieler IoT-Lösungen ist jedoch der wenig flexible Umgang mit unterschiedlichen Hersteller-Systemen. Maschinen und Controller sprechen unterschiedliche Sprachen, weil sie auf Basis unterschiedlicher Technologien aufgebaut sind. Dies führt zu einer Vielzahl von „Datentöpfen“ und einer ausbleibenden Interoperabilität der Systeme. Besonders wenn unterschiedliche Branchen aufeinander treffen, wie z.B. Energieversorgungs- und Automobilindustrie, ist die Sorge vor einer Vereinheitlichung des Informationsaustausches groß. So gelingt es zum Beispiel nicht, die Elektromobilität und die erneuerbare und dezentrale Energiegewinnung zusammenzuführen. [5]

Die Folge von unterschiedlichen Herstellersystemen sind Insellösungen. Jeder Hersteller bietet eigene Anwendungen um Daten zu lesen und Geräte zu steuern, eine horizontale Kommunikation der Systeme bleibt aus. Dies zeigt sich auch im Endkundenbereich, wo sich selten Heizung, Licht und Jalousien sinnvoll miteinander koppeln lassen.

Nicht zuletzt besteht besonders im deutschen Umfeld ein starkes Hemmnis durch Sicherheitsbedenken und dem Vorurteil, „smarte Maschinen“ seinen angreifbarer durch die drahtlose Kommunikation.

Was ist die Lösung?

Der weit verbreitete Gedanke, dass Maschinen unterschiedliche Sprachen sprechen, weil sie von verschiedenen Herstellern gebaut werden lässt sich durch moderne IoT-Technologien (z.B. juconn.de) aushebeln. Dadurch, dass die meisten gängigen Sensoren und Mikroprozessoren über Standard-Protokolle kommunizieren, unabhängig davon von welchem Hersteller sie stammen, können die Geräte problemlos miteinander kommunizieren. Die Kommunikation erfolgt dabei verschlüsselt und ist somit nicht weniger sicher als andere Systeme.

Mit Hilfe einer cleveren Systemarchitektur (siehe Grafik) und durch einfache plug-and-play-Anwendungen lassen sich die Geräte durch Einfügen eines Tokens in das Zielsystem in wenigen Schritten miteinander connecten.

Bild: Software-Architektur einer smarten IoT-Anwendung

Die bereits bestehende Business Intelligence lässt den Anwender Regeln erstellen, um Daten auszuwerten, Alarme zu setzen und Befehle zu senden. So können Daten und Befehle einfach in Web- oder nativen Anwendungen verwaltet werden. Der Vorteil dieser modernen Technologien ist, dass in den meisten Fällen kein Eingriff in eine bestehende Systemlandschaft erfolgen muss und der Kosteneinsatz gering ist. Auf der anderen Seite sind die Systeme maximal flexibel was Schnittstellen-Integrationen, z.B. von Dritt-Systemen, externen Daten-Pools oder speziellen Gateways betrifft.

Im Beispiel der Gartenanlage lässt sich so die Bewässerungsanlage des Herstellers A einfach mit den Feuchtigkeitsfühlern des Herstellers B koppeln und erlaubt zusätzlich die einfache Integration der Wetterdienste.

Was heißt das für IoT in Deutschland?

Neue Technologien auf dem IoT-Markt machen hohe Investitionskosten verzichtbar, da sie einfache Lizenzmodelle anbieten. Das fachspezifische Know-How der Mitarbeiter ist nur begrenzt notwendig, da die Systeme smarte Bedienoberflächen bieten.

Besonders der deutsche Mittelstand sollte die Chance von modernen IoT-Lösungen nutzen. Entscheider dürfen sich dabei nicht scheuen, auf neue, moderne Technologien zurückzugreifen und somit kleineren, flexiblen Anbietern den Markt-Eintritt zu erlauben.

Besonders im Wettbewerb mit amerikanischen Unternehmen ist der Effizienz-Boost durch IoT-Lösungen überlebenswichtig. Wenn Deutschland im internationalen Gefüge mithalten will, helfen clevere Systemarchitekturen signifikant Kosten einzusparen. Isolierte Insellösungen gehören so der Geschichte an – horizontale Lösungen sind der Schlüssel hin zu sinnvollen Anwendungs- szenarien im industriellen Bereich sowie auf dem Endkundenmarkt, bis hin zur Smart City.

Quellen:
[1] Big Data Insider: Was ist das Internet of Things?
https://www.bigdata-insider.de/was-ist-das-internet-of-things-a-590806/

[2] CIO: Die größten Hürden für Internet-of-Things-Projekte
https://www.cio.de/a/die-groessten-huerden-fuer-internet-of-things-projekte,3572689

[3] IoT Analytics: The top 10 IoT application areas – based on real IoT projects
https://iot-analytics.com/top-10-iot-project-application-areas-q3-2016/

[4] CIO: Die größten Hürden für Internet-of-Things-Projekte
https://www.cio.de/a/die-groessten-huerden-fuer-internet-of-things-projekte,3572689

[5] Computerwoche: Industrie 4.0 ist das Internet der Ingenieure
https://www.computerwoche.de/a/industrie-4-0-ist-das-internet-der-ingenieure,2538117#

Der Autor: Markus Reichenberger, Dipl.Wirtschafts-Ingenieur, ist Gründer von erfolgreichen Internet-Firmen, u.a. neu.de und cynobia AG und gilt als Pionier im Bereich Internet und digitale Visionen. Heute ist er als Gründer und Geschäftsführer für das Unternehmen minnt tätig, welches Apps und Softwaresysteme konzipiert und entwickelt. Gemeinsam mit Partnern hat er mit der Firma Juconn eine smarte IoT-Lösung auf den Markt gebracht. Darüber hinaus übt er weitere CEO-Tätigkeiten im digitalen Umfeld aus, z.B. bei der Firma Traceconn, und berät Unternehmen im Bereich digitale Innovation.

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